(57)【要約】  ポンプ又は回転デバイスを駆動するためのモーターアセンブリは、空間エンベロープの内側に載置されるような円形の幾何学的形状を有する電力プレーンを特徴とし、当該空間エンベロープは、内側ハブ部分と、エンドプレートの空間エンベロープの周囲に円周方向に延在する外周部分との間でエンドプレートに形成された類似する円形の幾何学的形状を有する。電力プレーンは、モーターに電力を提供するためのより高い温度の電力モジュールを有する電力層と、モーターに提供される電力を制御するためのより低い温度の制御電子部品モジュールを有する制御層と、電力プレーンの電力モジュールと制御層の制御電子部品モジュールとの間の電気接続経路を提供し、更に電力層と制御層との間の断熱を提供する、電力層と制御層との間の熱障壁及び印刷回路基板層と、を有する、多層回路基板又はアセンブリである。
2019509711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モーターアセンブリを含む装置であって、前記装置が、
内側ハブ部分と、エンドプレートの空間エンベロープの周りに円周方向に延在する外周部分との間で前記エンドプレート上に形成された実質的に類似する円形の幾何学的形状を有する前記空間エンベロープの内側に載置されるように円形の幾何学的形状で構成された電力プレーンを備え、前記電力プレーンが、少なくとも、
モーターに電力を提供するための少なくとも１つの電力モジュールを有する電力層と、
前記モーターに提供される前記電力を制御するための少なくとも１つの制御電子部品モジュールを有する制御層と、
前記電力プレーンの前記少なくとも１つの電力モジュールと前記制御層の前記少なくとも１つの制御電子部品モジュールとの間に電気接続経路を提供し、更に、前記電力層と前記制御層との間に断熱を提供する、前記電力層と前記制御層との間の熱障壁及び印刷回路基板層と、を有する多層回路基板又はアセンブリとして構成されている、装置。
【請求項２】
前記電力プレーンが、少なくとも、
前記少なくとも１つの電力モジュール及び前記少なくとも１つの制御電子部品モジュールを熱障壁の両側に載置することを可能にすること、
前記少なくとも１つの電力モジュール及び前記少なくとも１つの制御電子部品モジュールを共に相互接続するため、かつ入力／出力電力接続部、並びに前記少なくとも１つの電力モジュール及び前記少なくとも１つの制御電子部品モジュールを相互接続するための前記電気接続経路を提供することと、
前記少なくとも１つの電力モジュール、前記少なくとも１つの制御電子部品モジュール、及び前記モーターのシャフトのうちの１つ以上から、より高い空気流がある前記電力プレーンの外径へ放射される熱を断熱及び／又は方向付けること、を行うように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電力プレーンが、前記電力層及び前記制御層を載置するための最大の空間を提供するために前記エンドプレートの前記空間エンベロープに適合するように、及び前記モーターローターのシャフトが通過して冷却ファンを駆動することを可能にするように、ドーナツ形の電力プレーン印刷回路基板又はアセンブリとして構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記電力層が、より高い温度の電力モジュールと共に構成され、
前記制御層が、より低い温度の制御電子部品モジュール及び構成要素、並びに電力品質フィルタ構成要素と共に構成され、
前記熱障壁及び印刷回路基板層が、前記制御層を一方の側に載置し、前記電力層をもう一方の側に載置するための構造的な厚さ及び強度を有する材料から構成され、前記材料が、前記電力層と前記制御層との間の熱の伝達を低減させるための断熱を提供するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記熱障壁及び印刷回路基板層が、ガラス繊維を含む積層材料で構築され、該積層材料が、構造強度を提供し、前記電力層のより熱い電力半導体を、前記制御層のより冷たい敏感な制御電子部品及び電力品質コンデンサから分離するための断熱材として作用する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記電力層が、前記熱障壁及び印刷回路基板層の片側において、例えば前記エンドプレートの中間部分に取り付けられた、電力プレーンの低インダクタンス入力及び統合された出力接続部に結合するように構成された、円形の電力モジュール配置を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの電力モジュールが、電圧及び周波数を有するＡＣ波形を有するＡＣ入力シグナリングを受信し、前記モーターを駆動するための変換された電圧及び周波数を有する変換されたＡＣ波形を有する変換されたＡＣシグナリングを提供するように、マトリックスコンバータの一部として構成されたマトリックスコンバータ電力モジュールを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記制御層が、電気的ノイズ及び高調波歪みのレベルを低減させるように構成された、少なくとも１つの電力品質フィルタ構成要素を備える、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの電力品質フィルタ構成要素が、前記熱障壁及び印刷回路基板層に直接取り付けられ、かつ前記マトリックスコンバータ内のマトリックスコンバータ電子部品から放射される歪みの量を低減させるように、前記マトリックスコンバータの物理的に近く又は隣に構成されている、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの電力モジュールが、電力半導体モジュールを備え、
前記少なくとも１つの制御電子部品モジュールが、電力品質コンデンサを備え、
前記電力プレーンが、スイッチング応力及び電磁干渉を低減させるために、前記電力半導体モジュールと前記電力品質コンデンサとの間に構成された低インダクタンス及び抵抗入力を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記電力プレーンが、その中に統合されたコンパクトな電力品質フィルタを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記電力プレーンが、最小の高調波歪みを生じさせ、可変速度駆動の電子部品を大部分の電力品質異常から保護するように構成された、内蔵型電力品質フィルタを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記電力プレーンが、組み立てを容易にし、かつサイズをコンパクトにするために、電力及び制御回路又は回路構成の両方を、１つの統合した印刷回路基板構成に組み合わせるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記電力プレーンが、電流センサ、少なくとも１つのゲートドライバ、電源、クランプ回路、電力半導体モジュール、及び電力品質コンデンサ、のうちの１つ以上の組み合わせを備え、
前記電気接続経路が、入力／出力電力接続部と、前記電流センサ、前記少なくとも１つのゲートドライバ、前記電源、前記クランプ回路、前記電力半導体モジュール、及び前記電力品質コンデンサのうちの前記１つ以上の組み合わせとを相互接続するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記装置が、前記エンドプレートを備え、
前記内側ハブ部分が、前記モーターローターのシャフトを受容するように構成され、
前記外周部分が、前記少なくとも１つの電力モジュール及び前記少なくとも１つの制御電子部品モジュールによって発生する前記エンドプレートの熱から離れて放散させるように構成された、熱フィンを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記装置が、前記電力プレーンのコンパクトなサイズ及び熱的に最適化された動作を可能にするために、ヒートシンクとして利用されるように構成された、モーターケースを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記装置が、回転デバイス又はポンプを駆動するためのモーターアセンブリである、又はその形態をとる、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
回転デバイス又はポンプを駆動するためのモーターアセンブリであって、
モーターのシャフトを受容する内側ハブ部分と、空間エンベロープの周りに円周方向に延在する周辺部分との間でドーナツ状の幾何学的形状を有し、形成される前記空間エンベロープを伴って構成される、エンドプレートであって、前記外周部分が、前記エンドプレートから離れて放散されるように構成された熱フィンを有する、エンドプレートと、
前記空間エンベロープの前記ドーナツ状の幾何学的形状に類似する対応するドーナツ状の幾何学的形状で構成され、かつ前記空間エンベロープの内部に載置される、電力プレーンと、を備え、前記電力プレーンが、少なくとも、
前記モーターに電力を提供するための少なくとも１つの電力モジュールを有する電力層と、
前記モーターに提供される前記電力を制御するための少なくとも１つの制御電子部品モジュールを有する制御層と、
前記電力プレーンの前記少なくとも１つの電力モジュールと前記制御層の前記少なくとも１つの制御電子部品モジュールとの間の電気接続経路を提供し、更に、前記電力層と前記制御層との間の断熱を提供する、前記電力層と前記制御層との間の熱障壁及び印刷回路基板層と、を有する多層回路基板又はアセンブリとして構成されている、モーターアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１６年３月１１日に出願された仮特許出願第６２／３０７，０３７号に対する利益を主張するものであり、参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本出願は、可変周波数駆動の電子部品の電力密度を増加させ、かつ可変速度電子部品をモーターアセンブリの内部に設置する目的で、可変周波数駆動の電子部品の高温に対する感度を低減させるための技法に関し、より具体的には、例えば特殊設計された中央プレート及びエンドプレートを使用して、可変周波数駆動の電子部品の高温に対する感度を低減させるための技法に関する。
【関連技術の説明】
【０００３】
先行技術においては、可変周波数駆動の電子部品が、典型的に、高温に敏感であり、また、モーターアセンブリと組み合わせてそれらの最大定格で動作させた場合に、適切に動作しないこと、又は早期に故障すること、並びに電子部品には、電子部品を過酷な環境及び過剰な熱から保護する、モーターエンベロープ内に含まれる密閉エンクロージャが必要であることが知られている。モーターは、通常、安全な電子的動作よりもはるかに高い温度で動作する。これらの２つのデバイスを組み合わせると、モーターの動作によって作り出される損失（熱）が、高温状態を生じさせ、この状態は、可変周波数駆動の動作に有害である。
【０００４】
このことを大局的に見れば、高効率モーターは、９４〜９５％の効率であり得る。したがって、その定格のうちの５〜６％が、ワット損失に関して測定される熱損失又は熱によって無駄になる。可変周波数駆動の場合は、９６〜９７％の効率であり得る。したがって、５０ＨＰのシステムにおいて、熱損失の算出は、以下の形態をとることができる：５０ＨＰ×７４６ワット／ＨＰ＝３７，３００ワット、及び３７，３００ワット×１０％＝３，７３０ワットの廃熱。具体的には、４％の全駆動損失は、次のように分けられ、すなわち、
エンドプレートに含まれる電力モジュールにおいて約８５％、電力品質フィルタにおいて１０％、及びモーターの残部において６％である。
【０００５】
これを考慮すれば、当技術分野では、可変周波数駆動の電子部品の高温に対する感度を低減させ、よって、そのような可変周波数駆動のそのような電子部品を最大定格で動作させた場合に、それらの不適切な動作又は早期の故障を排除する、又は大幅に低減するためのより良い方式を提供する必要がある。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の目的は、標準米国電気製造業者協会（ＮＥＭＡ）と同じサイズのエンベロープ、又は同じ電力定格の国際電気標準会議（ＩＥＣ）定格のモーターの内部に可変周波数駆動の電子部品を設置し、それによって、モーター及び任意のポンプ、又はそれが制御する回転デバイスの可変速度動作を可能にすることである。
【０００７】
基本装置
いくつかの実施形態によれば、本発明は、例えば、２つの側を有し、一方の側が中央部分、中間部分、及び外周部分を有する少なくとも１つのプレートを有する、ポンプ又は回転デバイスを駆動するためのモーターアセンブリなどの装置の形態をとることができる。
【０００８】
中央部分は、例えばポンプ又は回転デバイスを駆動するモーターの、ローターに対して少なくとも１つのプレートを受容し、配設するための開口部を含むこと、又はそれと共に構成することができる。
【０００９】
中間部分は、中央部分の内周と外周部分との間に構成することができ、また、中央部分の内周から延在し、かつ外周部分に向かって外向きに分岐して、中央部分から外周部分へ熱を伝達し、内部の熱伝導能力を可能にする、多数の内部放射状冷却フィンを含むことができる。
【００１０】
外周部分は、プレートから離れて外向きに分岐して、周囲空気に熱を伝達し、外部の対流熱能力を可能にする、多数の外部放射状冷却フィンを有する外周面を含むことができる。
【００１１】
少なくとも１つのプレートは、本明細書に記載されるものと一致する、ポンプ又は回転デバイスの一部を形成する、中央プレート、エンドプレート、又はそれらの組み合わせとすること、又はその形態をとることができる。
【００１２】
中央プレートの実施形態
例えば、少なくとも１つのプレートは、モーターベアリングアセンブリを受容するように構成され、更に、モーターローターのシャフトを受容する開口部と共に構成されたベアリングハウジングフランジ部分を有する、中央プレートを含むこと、又はその形態をとることができる。
【００１３】
中央プレートの実施形態はまた、以下の特徴のうちの１つ以上も含むことができる。
【００１４】
装置は、例えばローターとローターに配設されたベアリングアセンブリを有するモーターベアリングアセンブリとの組み合わせを有する、ポンプ又は回転デバイスを駆動するためのモーターアセンブリとすること、又はその形態をとることができる。
【００１５】
２つの側のうちのもう一方は、いかなる内部又は外部冷却フィンも伴わない対応する中間部分を有する、滑らかな側とすることができる。
【００１６】
モーターアセンブリは、中央プレートに対して配設され、かつ伝導、対流、及び放射による全ての形態の熱伝達を含む、熱伝達の速度を低減させるように構成された、断熱層を含むことができる。一例として、断熱層は、雲母で作製することができる。
【００１７】
モーターアセンブリは、可変周波数駆動の電子部品を含む電気構成要素を有する、電力プレーンを含むことができ、中央プレートは、滑らかな側が電力プレーンに面するように構成することができる
【００１８】
動作中に、熱は、中央プレート及び内部放射状冷却フィンを通したローターからの伝導を介して外部放射状冷却フィンに伝達することができ、次いで、外部放射状冷却フィンからの対流を介して周囲の空気にも伝達することができる。中央プレートは、ベアリングアセンブリを通したローターからの伝導及びモーターの空気チャンバ内に位置付けられた外部放射状冷却フィンを通した対流の両方を介して熱を吸収するように構成することができ、当該熱としては、ローターに直接熱を伝達させ、並びにモーターの空気チャンバの中へ熱を放出させるモーター端部巻線、抵抗、若しくは渦電流のいずれか又は両方によるものを含む、電気的及び機械的損失によってモーターから発生する熱が挙げられる。
【００１９】
中央プレートは、モーター端部巻線からステータの外側上の空気流、若しくはローターからベアリングアセンブリを通して環境のいずれかへの、又は両方への熱経路を提供するように構成することができる。
【００２０】
モーターアセンブリは、モーターベアリングハウジングの各側に構成された、前方及び後方グリースリテーナを含むことができる。
【００２１】
モーターアセンブリは、中央プレートとエンドプレートとの間の熱的接触を最小にするために、中央プレート上に構成された断熱ガスケットアセンブリを含むことができる。
【００２２】
一例として、中央プレートは、銅、アルミニウム、又は鋳鉄で作製することができる。
【００２３】
中央プレートは、中央プレートヒートシンクから電力プレーンを有する電力コンバータ領域への熱の流れを制限し、かつエンドプレートの一部を形成するエンドプレート電子部品の領域への熱を制限する、外側の断熱層を含むことができる。
【００２４】
中央プレートの内部放射状冷却フィンは、中間部分の上に、及びその周りに実質的に一様に、かつ互いに等距離に離間して構成することができる。
【００２５】
中央プレートの外部放射状冷却フィンは、外周部分の上に、及びその周りに一様に、かつ互いに等距離に離間して構成することができる。
【００２６】
一例として、中央プレートは、内部放射状冷却フィンよりも多い、２倍多いことを含む、外部放射状冷却フィンを有することができる。
【００２７】
エンドプレートの実施形態
更なる一例として、少なくとも１つのプレートは、エンドプレートを含むこと、又はその形態をとることができ、中央部分の開口部は、モーターローターのシャフトを受容し、係合するように構成される。
【００２８】
エンドプレートの実施形態はまた、以下の特徴のうちの１つ以上を含むことができる。
【００２９】
２つの側のうちのもう一方は、いかなる内部又は外部冷却フィンも伴わない対応する中間部分を有する、滑らかな側とすることができる。
【００３０】
装置は、可変周波数駆動の電子部品を含む電気構成要素を伴う電力プレーンを有する、モーターアセンブリを含むことができ、エンドプレートは、電子部品ハウジングチャンバと共に構成することができ、電力プレーンは、滑らかな側が電力プレーンに面するように、電子部品ハウジングチャンバ内に構成することができる。
【００３１】
モーターアセンブリは、電子部品ハウジングチャンバ内で電力プレーンとエンドプレートの滑らかな側との間に配設された、電子部品モジュールを含むことができる。
【００３２】
エンドプレートの外部放射状冷却フィンは、中間部分の上に、及びその周りに実質的に一様に、かつ互いに等距離に離間して構成することができる。
【００３３】
エンドプレートの外部放射状冷却フィンは、外周部分の上に、及びその周りに一様に、かつ互いに等距離に離間して構成することができる。
【００３４】
電力プレーンの実施形態
例えば、ポンプ又は回転デバイスを駆動するためのモーターアセンブリなどの装置は、空間エンベロープの内側に載置されるような円形の幾何学的形状を有する電力プレーンを含むことができ、当該空間エンベロープは、内側ハブ部分と、エンドプレートの空間エンベロープの周囲に円周方向に延在する外周部分との間でエンドプレートに形成された類似する円形の幾何学的形状を有する。電力プレーンは、
モーターに電力を提供するための少なくとも１つのより高い温度の電力モジュールを有する電力層と、
モーターに提供される電力を制御するための少なくとも１つのより低い温度の制御電子部品モジュールを有する制御層と、
電力プレーンの電力モジュールと制御層の制御電子部品モジュールとの間の電気接続経路を提供し、更に電力層と制御層との間の断熱を提供する、電力層と制御層との間の熱障壁及び印刷回路基板層と、を有する、多層回路基板又はアセンブリとすることができる。
【００３５】
電力プレーンの実施形態はまた、以下の特徴のうちの１つ以上も含むことができ、
電力プレーンは、少なくとも、
少なくとも１つの電力モジュール及び少なくとも１つの制御電子部品モジュールを熱障壁の両側に載置することを可能にすること、
少なくとも１つの電力モジュール及び少なくとも１つの制御電子部品モジュールを共に相互接続するための、並びに入力／出力電力接続部及び少なくとも１つの電力モジュール及び少なくとも１つの制御電子部品モジュールを相互接続するための電気接続経路を提供すること、並びに
少なくとも１つの電力モジュール、少なくとも１つの制御電子部品モジュール、及びモーターのシャフトのうちの１つ以上から放射される熱を、より高い空気流がある電力プレーンの外径へ断熱及び／又は方向付けること、を行うように構成することができる。
【００３６】
電力プレーンは、電力層及び制御層を載置するための最大の空間を提供するためにエンドプレートの空間エンベロープに適合するように、及びモーターローターのシャフトが通過して冷却ファンを駆動することを可能にするように、ドーナツ形の電力プレーン印刷回路基板又はアセンブリとして構成することができる。
【００３７】
電力層は、より高い温度の電力モジュールと共に構成することができ、制御層は、より低い温度の制御電子部品モジュール、及び構成要素、及び電力品質フィルタ構成要素と共に構成することができ、熱障壁及び印刷回路基板層は、制御層を一方の側に載置し、電力層をもう一方の側に載置するために、構造的な厚さ及び強度を有する材料から構成することができ、当該材料は、電力層と制御層との間の熱の伝達を低減させるための断熱を提供するように構成される。
【００３８】
熱障壁及び印刷回路基板層は、ガラス繊維を含む積層材料で構築することができ、当該積層材料は、構造強度を提供し、電力層のより熱い電力半導体を、制御層のより冷たい敏感な制御電子部品及び電力品質コンデンサから分離するための断熱材として作用する。
【００３９】
電力層は、熱障壁及び印刷回路基板層の片側において、例えばエンドプレートの中間部分に取り付けられた、電力プレーンの低インダクタンス入力及び統合された出力接続部に結合するように構成された、円形の電力モジュール配置を含むことができる。
【００４０】
少なくとも１つの電力モジュールは、電圧及び周波数を有するＡＣ波形を有するＡＣ入力シグナリングを受信し、モーターを駆動するための変換された電圧及び周波数を有する変換されたＡＣ波形を有する変換されたＡＣシグナリングを提供するように、マトリックスコンバータの一部として構成されたマトリックスコンバータ電力モジュールを含むことができる。
【００４１】
制御層は、電気的ノイズ及び高調波歪みのレベルを低減させるように構成された、少なくとも１つの電力品質フィルタ構成要素を含むことができる。
【００４２】
少なくとも１つの電力品質フィルタ構成要素は、熱障壁及び印刷回路基板層に直接取り付けることができ、また、マトリックスコンバータ内のマトリックスコンバータ電子部品から放射される歪みの量を低減させるように、マトリックスコンバータの物理的に近く又は隣に構成することができる。
【００４３】
少なくとも１つの電力モジュールは、電力半導体モジュールを含むことができ、少なくとも１つの制御電子部品モジュールは、電力品質コンデンサを含むことができ、電力プレーンは、スイッチング応力及び電磁干渉を低減させるために、電力半導体モジュールと電力品質コンデンサとの間に構成された低インダクタンス及び抵抗入力を含むことができる。
【００４４】
電力プレーンは、その中に統合された１つ以上のコンパクトな電力品質フィルタを含むことができる。
【００４５】
電力プレーンは、最小の高調波歪みを生じさせ、可変速度駆動を大部分の電力品質異常から保護するように構成された、内蔵型電力品質フィルタを含むことができる。
【００４６】
電力プレーンは、組み立てを容易にし、かつサイズをコンパクトにするために、電力及び制御回路又は回路構成の両方を、１つの統合した印刷回路基板構成に組み合わせるように構成することができる。
【００４７】
電力プレーンは、電流センサ、少なくとも１つのゲートドライバ、電源、クランプ回路、電力半導体モジュール、及び電力品質コンデンサ、のうちの１つ以上の組み合わせを含むことができ、電気接続経路は、入力／出力電力接続部と、電流センサ、少なくとも１つのゲートドライバ、電源、クランプ回路、電力半導体モジュール、及び電力品質コンデンサのうちの１つ以上の組み合わせとを相互接続するように構成することができる。
【００４８】
モーターアセンブリは、エンドプレートを含むことができ、内側ハブ部分は、モーターローターのシャフトを受容するように構成することができ、外周部分は、少なくとも１つの電力モジュール及び少なくとも１つの制御電子部品モジュールによって発生するエンドプレートの熱から離れて放散させるように構成された、熱フィンを含むことができる。
【００４９】
モーターアセンブリは、電力プレーンのコンパクトなサイズ及び熱的に最適化された動作を可能にするために、ヒートシンクとして利用されるように構成された、モーターケーシングを含むことができる。
【００５０】
モーターアセンブリは、例えば電力プレーンがその中に配設されたエンドプレートを有する、回転デバイス又はポンプを含むこと、又はその形態をとることができる。
【００５１】
利点
全体的に、本発明は、可変速度電子部品をモーターアセンブリの内部に設置する目的で、可変周波数電子部品の電力密度を増加させ、かつ可変周波数駆動の電子部品の高温に対する感度を低減させ、よって、それらを最大定格で動作させた場合に、そのような可変周波数駆動のそのような電子部品の不適切な動作又は尚早な故障を排除する、又は大幅に低減させるためのより良好な方式を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
図面は、以下の図を含むが、必ずしも一定の比率で描画されているわけではない。
【図１】本発明のいくつかの実施形態による、例えばポンプ又は回転デバイスを駆動するためのモーターアセンブリの形態の、装置の分解図である。
【図２Ａ】例えば図１に類似する、又は示されるような、モーターアセンブリの一部の断面図である。
【図２Ｂ】例えば図１に類似する、又は示されるような、モーターアセンブリの一部の断面図である。
【図３】本発明のいくつかの実施形態による中央プレートを示し、本発明のいくつかの実施形態による、例えば図１又は図２に示されるモーターアセンブリにおいて構成するための、中央プレートのモーター側の斜視図を示す図３Ａ、及び図３Ａに示される中央プレートの電力プレーン側の斜視図を示す図３Ｂを含む。
【図４Ａ】本発明のいくつかの実施形態によるエンドプレートを示し、本発明のいくつかの実施形態による、例えば図１又は図２に示されるモーターアセンブリにおいて構成するための、エンドプレートのファン側の斜視図を示す。
【図４Ｂ】本発明のいくつかの実施形態によるエンドプレートを示し、本発明のいくつかの実施形態による、例えば図１又は図２に示されるモーターアセンブリにおいて構成するための、図４Ａに示されるエンドプレートの中央プレート側の斜視図を示す。
【図５Ａ】例えば全て本発明のいくつかの実施形態による、ラベルを付して識別したモーターフレーム、中央プレート、エンドプレート、端子ボックス、及びファンを有するモーターアセンブリの写真を示す。
【図５Ｂ】例えば全て本発明のいくつかの実施形態による、ラベルを付して識別した端子ボックスの部分的な分解図を含むモーターアセンブリの斜視図を示す。
【図５Ｃ】例えば全て本発明のいくつかの実施形態による、ラベルを付して識別したモーター及び中央プレートの組み合わせ、エンドプレート、ファン、並びにシュラウドの部分的な分解図を含むモーターアセンブリの斜視図を示す。
【図５Ｄ】例えば全て本発明のいくつかの実施形態による、ラベルを付して識別した自己内蔵型駆動モジュールアセンブリの分解図を示す。
【図６】本発明のいくつかの実施形態による、例えば電力プレーンの電力機能のいくつかの部分を実施するための双方向スイッチの図を示す図６Ａを含み、また、本発明のいくつかの実施形態による、電力機能のいくつかの部品を実装するための双方向スイッチ電力モジュールの一実施例の写真を示す図６Ｂも含む。
【図７】本発明のいくつかの実施形態による、例えば主電源、コントローラ、ゲートドライブ層、クランプコンデンサ（ＣＣ）、及び入力フィルタコンデンサ（ＩＦＣ）の一実施例と共に構成された、マトリックスコンバータがその中に配設された電力プレーンを有するモーターエンドプレートの写真を示す。
【図８】４０ＨＰのＥＭＤ（別名「可変周波数又は速度駆動）の入力電圧及び電流波形の典型的なグラフを示す。
【図９】例えば本発明のいくつかの実施形態に従って動作させたときに、内側ハブ部分から離れて外周部分に向かって流れる熱を表す矢印を含む、内側ハブ部分と外周部分との間でその中に形成された空間エンベロープを有する、エンドプレートの上面図を示す図９Ａを含み、また、本発明のいくつかの実施形態に従って動作させたときに、内側ハブ部分から離れてエンドプレートの外周部分に向かって流れる熱を表す対応する矢印を有する、図９Ａのエンドプレートの側断面図を示す図９Ｂを含む。
【図１０Ａ】本発明のいくつかの実施形態による、１つの可能なクランプ抵抗器の実現形態の一例を有するエンドプレートの写真である。
【図１０Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による、例えば３つのシャント抵抗器及びゲートドライバ接続部への接続部の一例を含む、ドーナツ形の電力プレーン印刷回路基板層の写真である。
【図１１】本発明のいくつかの実施形態による、例えばポンプ又は回転デバイスを駆動するためのモーターアセンブリの形態の、装置の分解図である。
【図１２Ａ】例えば図１１に類似する、又は示されるような、モーターアセンブリの一部の断面図である。
【図１２Ｂ】例えば図１１に類似する、又は示されるような、モーターアセンブリの一部の断面図である。
【図１３Ａ（１）】本発明のいくつかの実施形態による中央プレートを示し、本発明のいくつかの実施形態による、例えば図１１又は図１２Ａ及び１２Ｂに示されるモーターアセンブリにおいて構成するための、中央プレートのモーター側の斜視図を示す。
【図１３Ａ（２）】本発明のいくつかの実施形態による中央プレートを示し、本発明のいくつかの実施形態による、例えば図１１又は図１２Ａ及び１２Ｂに示されるモーターアセンブリにおいて構成するための、中央プレートのモーター側の斜視図を示す図３Ａ（１）に示される中央プレートの電力プレーン側の斜視図を示す。
【図１３Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による、例えば図１１又は図１２Ａ及び１２Ｂに示されるモーターアセンブリにおいて構成するための、中央プレートの一方の側の写真を示す。
【図１４】本発明のいくつかの実施形態によるエンドプレートを示し、本発明のいくつかの実施形態による、例えば図１１又は図１２Ａ及び１２Ｂ示されるモーターアセンブリデバイスにおいて構成するための、エンドプレートのファン側の斜視図を示す図１４Ａ、及び図１４Ａに示されるエンドプレートの中央プレート側の斜視図を示す図１４Ｂを含む。
【図１５】例えば本発明のいくつかの実施形態による、ラベルを付して識別したモーターフレーム、中央プレート、エンドプレート、及びファンを有するモーターアセンブリの写真を示す。
【図１６】本発明のいくつかの実施形態による、その中に配設され、プリント回路基板（ＰＣＢ）及びマトリックスコンバータと共に構成された電力プレーンを有する、モーターエンドプレートの写真を示す。
【図１７】Ａは、例えば本発明のいくつかの実施形態に従って動作させたときに、内側ハブ部分から離れて外周部分に向かって流れる熱を表す矢印を含む、内側ハブ部分と外周部分との間でその中に形成された空間エンベロープを有する、エンドプレートの上面図を示し、Ｂは、本発明のいくつかの実施形態に従って動作させたときに、内側ハブ部分から離れてエンドプレートの外周部分に向かって流れる熱を表す対応する矢印を有する、Ａのエンドプレートの側断面図を示す。
【図１７Ｃ】本発明のいくつかの実施形態による、例えば電力プレーンに載置された、円形の電力モジュール配置、電力プレーンの低インダクタンス入力及び統合された出力接続部、低温電子部品構成要素、並びに電力品質フィルタコンデンサを含む、空間エンベロープに配設された種々のモジュール及び構成要素を有する、図１７のＢのエンドプレートの側断面図を示す。
【図１８Ａ】全て本発明のいくつかの実施形態による、モーターアセンブリの一部を形成する、電力モジュールのレイアウトを示す。
【図１８Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による、例えばゲートドライバ電源、クランプ回路制御、入力フィルタコンデンサ、クランプコンデンサ、及び制御カードがそこに組み立てられた電力プレーン回路基板を有する、エンドプレートに配設されたマトリックスコンバータの最終アセンブリの写真を示す。
【００５３】
図面は、可能な実現形態の実施例を含み、本発明の範囲は、図面に示される実現形態に限定することを意図しない。例えば、本発明の範囲は、本明細書において全体として開示される基礎となる発明の趣旨の範囲内で構成することができる、図面に示されるもの以外の、又はそれに加えて、他の実現形態を含むことを意図し、また、実施形態は、それらを使用することを想定している。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
基本装置１０
図１及び図１１は、例えばポンプ又は回転デバイス（図示せず）を駆動するためのモーターアセンブリ１０を含むこと、又はその形態をとることができる、概して１０、１０’として示される装置を示す。モーターアセンブリ１０は、ステータＪ（図２Ａ、２Ｂ、図１２Ａ、１２Ｂを参照されたい）がその中に配設されたモーターフレームＭＦを有するモーターＭと、モーターＭに結合されたローターＲと、ベアリングハウジングフランジ部分Ａ（図２Ａ、２Ｂ、図１２Ａ、１２Ｂを参照されたい）を有する中央プレートＥと、ベアリングアセンブリＢＡを有する、概してＨとして示される後方モーターベアリングアセンブリと、前方Ｂ及び後方Ｃグリースリテーナと、ファンＦと、統合した断熱層Ｇと、ガスケットアセンブリＧＡ（図１１）と、エンドプレートＤと、電力プレーンＰ（図２Ａ、２Ｂ、１１、１２Ａ、１２Ｂ）と、シュラウドＳと、を含む。モーターフレームＭＦはまた、例えば図１及び図１１に示されるように、端子ボックスＴＢを含む。電力プレーンＰは、モーターＭの動作を制御するように構成された、例えば可変周波数駆動を含む、電子部品を含むように構成することができ、概モーターは、ポンプ又は他の回転デバイスを駆動するために使用される。電力プレーンＰは、例えば、図６〜図１０Ｂ、並びに図１６、図１７Ｃ、図１８Ａ、及び１８Ｂに示されものと関連して、更に詳細に説明される。
【００５５】
一例として、及び本発明のいくつかの実施形態によれば、モーターアセンブリ１０は、例えば図３〜図４に関して下に記載されるものと一致する、新しい独特な中央プレートＥ、エンドプレートＤ、又はこれらの組み合わせを特徴とすること、又はそれらと共に構成することができる。
【００５６】
図３及び図１３：中央プレートＥ
例えば、図３及び図１３は、中央プレートＥ、Ｅ’、Ｅ’’を示し、各中央プレートは、２つの側Ｓ１、Ｓ２を有し、モーター側Ｓ１は、中央部分Ｅ１、中間部分Ｅ２、及び外周部分Ｅ３を有する。
【００５７】
中間部分Ｅ２は、図３Ａ及び図１３Ａ（１）に示されるものと一致して、中央部分Ｅ１の内周Ｅ１’と外周部分Ｅ３との間に構成することができる。中間部分Ｅ２は、多数の内部放射状冷却フィンＥ２’を含むことができ、概冷却フィンは、中央部分Ｅ１の内周Ｅ１’の一部から延在し、外周部分Ｅ３に向かって外向きに（例えば、互いに離れて）分岐して、中央部分Ｅ１から外周部分Ｅ３へ熱を伝達し、内部熱伝導能力を可能にする。
【００５８】
外周部分Ｅ３は、多数の外部の放射状冷却フィンＥ３’’を有する外周面Ｅ３’を含むことができ、概冷却フィンは、外周部分Ｅ３から離れて分岐して、熱を周囲空気に伝達し、外部熱対流を可能にする。
【００５９】
中央部分Ｅ１は、モーターベアリングアセンブリＨを受容するように構成され、更にローターＲを受容し、係合するための開口部Ｏと共に構成される、ベアリングハウジングフランジ部分Ａ（図１〜図２Ａ、２Ｂ、図１１、図１２Ａ、１２Ｂを参照されたい）を含むことができる。モーターアセンブリ１０は、ローターＲと、ローターＲに配設されたモーターベアリングアセンブリＨ（図１〜図２Ａ、２Ｂ、図１１、図１２Ａ、１２Ｂ）との組み合わせを含むことができる。
【００６０】
図３Ｂ、図１３Ａ（２）は、例えばいかなる冷却フィンも有しない対応する中間部分Ｅ２，２を有する滑らかな側とすることができる、２つの側のうちの電力プレーン側Ｓ２を示す。
【００６１】
モーターアセンブリ１０は、中央プレートＥ及びエンドプレートＤに対して配設され、また、伝導、対流、及び放射による全ての形態の熱伝達を含む、熱伝達の速度を低減させるように構成される断熱材ＴＩ（図１）又は断熱層Ｇ（図１２Ａ〜１２Ｂ）を含むことができる。
【００６２】
図１３Ｂは、概してＥ’’として示される中央プレートの代替の実施形態を示す。図１３Ａ、１３Ｂの類似する要素は、類似する参照ラベルによってラベルが付される。一例として、図１３Ａ、１３Ｂにおける中央プレートＥ’及びＥ’’の１つの違いは、中央プレートＥ’が、例えば図３Ａにも示される、ベアリングハウジングフランジ部分Ａを含み、一方で、中央プレートＥ’’がそれを含まないことである。実施形態が想定され、本発明の範囲は、そのようなベアリングハウジングフランジ部分Ａを有する中央プレート、並びにそれを有しない実施形態を含むことを意図する。
【００６３】
図３に示されるものと一致して、内部放射状冷却フィンＥ２’は、中間部分Ｅ２上に、かつその周りに実質的に一様に、かつ互いに等距離に離間して構成することができる。外部放射状冷却フィンＥ３’’は、外周部分Ｅ３上に、かつその周りに実質的に一様に、かつ互いに等距離に離間して構成することができる。一例として、及び図３に示されるものと一致して、中央プレートＥは、例えば２倍を超えることを含む、内部放射状冷却フィンＥ２’よりも多くの外部放射状冷却フィンＥ３’’と共に構成することができる。図３Ａにおいて、中央プレートＥは、実質的に一様に、かつ互いに等距離に離間される（例えば、図１３Ａ（１）の中央プレートＥの３６枚と比較して）３０枚の内部放射状冷却フィンＥ２’によって示される。図３Ａにおいて、中央プレートＥ（１）は、実質的に一様に、かつ互いに等距離に離間される（例えば、図１３Ａ（１）の中央プレートＥの９４枚と比較して）４８枚の外部放射状冷却フィンＥ３’’によって示される。しかしながら、実施形態の範囲は、内部放射状冷却フィンＥ２’の数、外部放射状冷却フィンＥ３’’の数、又は内部放射状冷却フィンＥ２’の数と外部放射状冷却フィンＥ３’’の数との数値的な関係に限定されることを意図しない。例えば、実施形態が想定され、本発明の範囲は、内部放射冷却フィンＥ２’の数及び外部放射状冷却フィンＥ３’’の数が図３に示される数よりも多い又は少ない実現携帯を含むことを意図する。同じく実施形態が想定され、本発明の範囲は、内部放射状冷却フィンＥ２’の数と外部放射冷却フィンＥ３’’の数との数値的な関係が、図３に示される関係と異なる実現形態を含むことを意図する。
【００６４】
図３及び図１３Ａ（１）において、中央プレートＥ’及びＥ’は、それ自体が基礎となる本発明の一部を形成することができない他の特徴を含むことができ、当該特徴としては、例えば中央プレートＥ’及びＥ’’を、モーターフレームＭＦ（図１及び図１１）などのモーターアセンブリのいくつかの他の部分に結合するために、ファスナ（図示せず）を受容するための開口Ｅ５’と共に構成された外側保持部材Ｅ５が挙げられ、並びに、中央プレートＥ’及びＥ’’を、モーターフレームＭＦ（図１及び図１１）などのモーターアセンブリのいくつかの他の部分に結合するために、ファスナ（図示せず）を受容するための開口Ｅ６’と共に構成された２つ又は３つの外側保持部材Ｅ６が挙げられる。
【００６５】
実際には、本明細書に記載される本発明による中央プレートの実施形態は、複数の高度にエンジニアリングされた要素を有するシステムからなる。
【００６６】
一例として、モーターアセンブリ１０は、熱効率を改善するように特別に設計されたモーターケーシングと共に構成することができ、以下の要素からなる：
１）モーターエンドプレートとも呼ばれ、知られている中央プレートＥは、銅、アルミニウム、又は鋳鉄で作製することができ、中央プレートＥには、後方モーターベアリング又はベアリングハウジングＨが組み込まれる。中央プレートＥは、ポンプの非駆動端部ベアリング、モーターのステータＳ、及びローターＲから離れるように熱を伝導し、同時に、電力プレーンＰの一部を形成する電子部品を断熱するように最適化することができる。本発明による革新的な構成は、図１及び図１１に示されるように、ベアリングハウジングフランジ部分Ａを中央プレートＥ又はＥ’の内部に配置しており、そのため、中央プレートＥ又はＥ’は、効果的に、ローターＲのための構造的支持体になる。
２）特別なヒートシンクフィンＥ２’、Ｅ３’’は、低可聴ノイズ用に、及び表面積を増加させるように設計することができ、より高い熱効率を可能にする。
３）円形設計の独特な幾何学的形状を実施して、最適化された空間及び製造の容易さを提供することができる。
４）円形の幾何学的形状を実施して、電力電子モジュール（図１及び図１１）及び電子部品（図２及び図１２Ａ）の構成を可能にすることができ、これにより、ローター／シャフトＲが通過して、冷却ファンＦ（図１及び図１１）に給電することを可能にする。
【００６７】
中央プレートＥ又はＥ’は、以下のうちの１つ以上を含むことができる：
中央プレートＥ又はＥ’は、後方モーターベアリングＨを収容するように構成することができる；
中央プレートＥ又はＥ’は、電力プレーン構成要素Ｐに対して構成することができる；
中央プレートＥ又はＥ’は、ベアリングオイル／グリースチューブと共に構成又は組み込むことができる。
【００６８】
中央プレートＥ又はＥ’は、熱を軸方向に対して半径方向に再方向付けすることができるように構成することができる。中央プレートＥ又はＥ’はまた、放射状冷却フィンＥ２’を使用して、熱をモーターＭのモーター端部巻線から中央プレートＥ又はＥ’の外周部分若しくは縁部Ｅ３へ再方向付けするように構成することができる。
【００６９】
中央プレートＥ又はＥ’は、モーター端部巻線からステータＪの外側上の空気流への熱経路を提供するように構成することができる。
【００７０】
中央プレートＥ又はＥ’は、ベアリングアセンブリＨを通した環境へのローターＲの熱経路を提供するように構成することができる。
【００７１】
中央プレートＥ又はＥ’は、ローターＲのための構造的支持体を作成し、提供するように構成することができる。
【００７２】
前方Ｂ及び後方Ｃグリースリテーナもまた、中央プレートＥ又はＥ’と併せて使用することができる。
【００７３】
この中央プレートＥ又はＥ’の外側上の統合した断熱層Ｇは、中央プレートヒートシンクから電力コンバータ領域への熱の流れを制限し、また、エンドプレートの電子部品領域への熱を制限する。
【００７４】
最小にされた熱的接触を、ガスケットアセンブリＧＡの一部を形成する断熱ガスケットＧを介して、中央プレートＥ又はＥ’とエンドプレートＤとの間で実施することができる。
【００７５】
中央プレート：動作理論
中央プレートＥ又はＥ’は、例えば図１及び図１１に示されるものと一致して、内部及び外部のヒートシンクフィンＥ２’、Ｅ３’’を伴う円形の幾何学的形状を組み込む、独特な設計によって構成される。内部フィンＥ２’は、中央プレートＥ又はＥ’の内周Ｅ１’に沿って位置付けられ、ローターベアリングハウジングＨのための空間を中央に残している。外部フィンＥ３’’は、例えば図１及び図１１に示されるものと一致して、中央プレートＥ又はＥ’の外径／円周全体にわたって広がり、外部対流能力を可能にする。
【００７６】
中央プレートＥ又はＥ’はまた、例えば図２に示されるように、滑らかで、かついかなるフィンも有しない、中央プレートＥの電子部品側の薄い断熱層Ｇを特徴とする。この薄い断熱層Ｇは、電力電子モジュール及び電子部品のための種々の構成を可能にし、一方で、それでもシャフト／ローターＲが通過して冷却ファンＦに給電することを可能にする。この設計の主機能は、３つの部分からなる。中央プレートＥ又はＥ’は、モーターＭ及びモーターのローターＲのための構造的支持体、非駆動端部のためのヒートシンク、及び例えばエンドプレートＤの一部を形成する、電子部品チャンバのための断熱材として作用する。
【００７７】
熱伝導体は、通常、それらのより高いレベルの熱伝導率及び熱を吸収する能力のため、金属で作製される。したがって、一例として、中央プレートＥ又はＥ’は、アルミニウム、銅、又は鋳鉄のいずれかで作製することができる。これらの金属は、より高いレベルの熱伝導率、良好な構造剛性を有し、また、他の新材料と比較して、コスト効率的である。
【００７８】
動作中に、中央プレートＥ又はＥ’は、伝導及び対流を通してその機能を達成するが、伝導は、互いに接触している固体間の熱の伝達として理解され、対流は、固体と流体と間の熱伝達として理解される。伝導は、ベアリングハウジングＨを通してシャフト／ローターＲと中央プレートＥ又はＥ’との間で生じ、一方で、対流は、ヒートシンクフィンＥ２’、Ｅ３’’と空気との間で生じる。
【００７９】
動作中には、例えば要素Ｅ３’’のような、空冷式のヒートシンクが冷却機構として作用することができる。この冷却機構は、接触している対象物から熱を伝導し、対流を通して熱を空気へ伝達する。適切に機能するために、ヒートシンクは、周囲温度よりも熱くなるはずであり、効率的な熱伝達を確実にするように接触表面積を最大にしなければならない。本モーターケース設計の状況において、中央プレートＥ又はＥ’は、モーターＭの電気的及び機械的損失により発生する熱を外側の周囲空気に伝導する。
【００８０】
ローターＲからの損失は、例えばローターＲに位置付けられたアルミニウムバーを通しての、電流の流れによって生じる電気的損失（例えば、抵抗及び渦電流）に起因し得る。これらの損失は、ローターＲに、熱をモーターの空気チャンバの中へ放出させ、並びにシャフト／ローターＲに直接伝導させる。中央プレートＥ又はＥ’は、ベアリングアセンブリＨを通したシャフト／ローターＲから中央プレートＥ又はＥ’への伝導を通して、及びモーターの内部空気チャンバに位置付けられたヒートシンクフィンＥ２’又はＥ３’’を通した対流を介して、の両方によってこの熱を吸収する。
【００８１】
断熱材Ｇの目的は、２つの固体／流体の間の熱伝達速度を低減させることである。当業者が認識するように、断熱材は、伝導、対流、及び放射である、又はその形態をとることができる、全ての形態の熱伝達を低減させる。断熱材は、通常、熱を拒絶するそれらの能力のため、熱伝導率に対して高い抵抗を有する材料で作製される。したがって、断熱層は、雲母、ガラス繊維、熱可塑性物質、又は低いレベルの熱伝導率及び良好な構造剛性を有するいくつかの安価な材料、のうちのいずれかで作製される。
【００８２】
この設計は、例えば図２に示されるように、中央プレートＥ又はＥ’に取り付けられる追加的な層を通して、中央プレートＥ又はＥ’に組み込まれる。この断熱層Ｇは、電力プレーンＰの一部を形成する電子部品構成要素のための断熱材として作用する、雲母又はいくつかの他の最適な断熱材で構成することができる。断熱は、ヒートシンクフィンＥ２’又はＥ３’’に向かって熱を再方向付けするために、モーターＭに起因する損失からの障壁として作用する。中央プレートＥ又はＥ’はまた、ベアリングハウジングＨも収容し、これが次に、ローター及びモーターシャフトＲを支持する。
【００８３】
中央プレートＥ又はＥ’の全体的な設計は、同時に多数の機能を提供する斬新な要素にする。中央プレートＥは、モーターＭの非駆動端部を機械的に支持し、また、中央プレートＥ又はＥ’の中央に含まれるシャフトベアリングの取り付けにより、ローターＲが回転することを可能にする。中央プレートＥ又はＥ’は、モーターの熱をモーター本体の外側に効率的に伝導し、モーターＭが効果的な温度で確実に動作することを可能にする。第３に、断熱材Ｇは、電子部品をモーターの高い温度から断熱し、また、構成要素が、それらの最大定格未満の温度で動作することを可能にする。
【００８４】
利点
本発明の利点は、以下のうちの１つ以上を含むことができる：
１）先行技術において現在生成されるよりも高い電力レベルで、埋め込み型電子部品のモーター駆動装置（例えば、可変周波数駆動装置）の製造を可能にする。
２）先行技術において現在生成されるよりも高い電力レベルで、現在の産業用モーターと同じフットプリントの可変速モーターの製造を可能にする。
３）内部ヒートシンクフィンＥ２’及び外部ヒートシンクＥ３’の両方を介して、中央プレートＥは、モーター巻線の熱及び非駆動端部ベアリングの熱の両方のための熱伝導経路を提供する。
４）統合した断熱を介して、中央プレートＥ又はＥ’は、モーターからの熱が敏感な電子部品まで通過することを防止する障壁を提供する。
５）そのコンパクトなサイズのため、中央プレートＥ又はＥ’は、例えば、マトリックスコンバータを、腐食物、湿気を含む危険な場所、更にはクラス１、ディビジョン２の危険な場所に設置するように設計することを可能にする。
【００８５】
図４及び図１４：エンドプレートＤ、Ｄ’
図４は、２つの側を有するエンドプレートＤ、Ｄ’、中央部分Ｄ１、中間部分Ｄ２、外周部分Ｄ３を有するファン側ＦＳの形態の少なくとも１つのプレートを示す。
【００８６】
中央部分Ｄ１は、ローターＲ（図１及び図１１）に対してエンドプレートＤ、Ｄ’を受容し、配設するように、開口部Ｏと共に構成することができる。
【００８７】
中間部分Ｄ２は、中央部分Ｄ１の内周Ｄ１’と外周部分Ｄ３との間に構成することができる。中間部分Ｄ２は、中央部分Ｄ１の内周Ｄ１’から延在し、かつ外周部分Ｄ３に向かって外向きに分岐して、中央部分Ｄ１から外周部分Ｄ３へ熱を伝達し、内部の熱伝導能力を可能にする、内部放射状冷却フィンＤ２’を含むことができる。
【００８８】
外周部分Ｄ３は、エンドプレートＤから離れて外向きに分岐して、周囲空気に熱を伝達し、外部の対流熱能力を可能にする、外部放射状冷却フィンＤ３’’を有する外周面Ｄ３’（図４Ｂ及び図１４Ｂにあるとおりに最良に示される）を含むことができる。
【００８９】
図４Ｂ及び図１４Ｂは、例えばいかなる冷却フィンも伴わない対応する中間部分Ｄ２，２を有する滑らかな側とすることができ、２つの側のうちの中央プレート側ＭＰＳを示す。
【００９０】
電力プレーンＰは、可変周波数駆動の電子部品を含む電気構成要素を含むことができ、エンドプレートＤ、Ｄ’は、例えば図２に示されるように、滑らかな側ＭＰＳが電力プレーンＰに面するように構成することができる。電子部品モジュールＥＭは、例えば図２Ａに示されるように、電力プレーンＰと滑らかな側ＭＰＳとの間に配設することができる。
【００９１】
図４及び図１４に示されるものと一致して、内部放射状冷却フィンＤ２’は、中間部分Ｄ２上に、及びその周りに実質的に一様に、かつ互いに等距離に離間して構成することができる。外部放射状冷却フィンＤ３’’は、外周部分Ｅ３上に、及びその周りに実質的に一様に、かつ互いに等距離に離間して構成することができる。一例として、及び図４に示されるものと一致して、エンドプレートＤ、Ｄ’は、図４Ａ及び図１４Ａに示されるように、内部放射冷却フィンＤ２’が、外部放射状冷却フィンＤ３’’に向かって延在し、外向きに分岐して、そこに接続するように構成することができる。しかしながら、実施形態の範囲は、内部放射状冷却フィンＤ２’の数、外部放射状冷却フィンＤ３’’の数、又は内部放射状冷却フィンＤ２’と外部放射状冷却フィンＤ３’’との数値的又は物理的関係に限定することを意図しない。例えば、実施形態が想定され、本発明の範囲は、内部放射冷却フィンＤ２’の数及び外部放射状冷却フィンＤ３’’の数が図４Ａ及び図１４Ａに示される数よりも多い又は少ない実現形態を含むことを意図する。同じく実施形態が想定され、本発明の範囲は、図４Ａ及び図１４Ａに示される数と比較したときに、例えば、内部放射冷却フィンＤ２’及び外部放射状冷却フィンＤ３’’が接続されない場合、並びに内部放射冷却フィンＤ２’の数が外部放射状冷却フィンＤ３’’の数よりも多い又は少ない場合を含む、内部放射冷却フィンＤ２’の数及び外部放射状冷却フィンＤ３’’の数が図４及び図１４に示される数と異なる実現形態を含むことを意図する。
【００９２】
図４及び図１４において、エンドプレートＤ、Ｄ’は、それ自体が基礎となる本発明の一部を形成することができない他の特徴を含むことができ、当該特徴としては、例えばエンドプレートＤ、Ｄ’を、モーターフレームＭＦ（図１及び図１１）などのモーターアセンブリのいくつかの他の部分に結合するために、ファスナ（図示せず）を受容するための開口Ｄ５’と共に構成された外側保持部材Ｄ５が挙げられ、並びに、エンドプレートＤ、Ｄ’を、モーターフレームＭＦ（図１及び図１１）などのモーターアセンブリのいくつかの他の部分に結合するために、ファスナ（図示せず）を受容するための開口Ｄ６’と共に構成された２つ又は３つの外側保持部材Ｄ６が挙げられる。
【００９３】
上に記載したものに加えて、及び更なる例として、モーターアセンブリ１０の複数の他の高度にエンジニアリングされた要素はまた、エンドプレートＤ、Ｄ’も含むことができ、また、電子部品を含み、かつ熱効率を改善するように特別に設計されたモーターケーシングはまた、以下も含むことができる：
モーターエンドプレートＤ、Ｄ’は、例えば、アルミニウムなどの金属で作製することができる。エンドプレートＤ、Ｄ’は、例えば中央プレートＥとエンドプレートＤ、Ｄ’との間の熱的接触を最小にするために断熱ガスケットＧＡを有することによって、エンドプレートエンベロープ内部に含まれる電子部品Ｐ及び／又はＥＭから離れるように熱を伝導するように最適化することができる。
【００９４】
特別なヒートシンクフィンＤ２’、Ｄ３’’は、低可聴ノイズ用に、表面積を増加させるように設計することができ、より高い熱効率を可能にする。
【００９５】
円形設計の独特な幾何学的形状を実施して、最適化された空間及び製造の容易さを提供することができる。
【００９６】
円形の幾何学的形状を実施して、電力電子モジュール及び電子部品（図２及び図１７Ｃ）の構成を可能にすることができ、これにより、シャフトＲが通過して、冷却ファンＦに給電することを可能にする。
【００９７】
エンドプレート：動作理論
エンドプレートＤ、Ｄ’の設計は、円形の幾何学的形状を組み込むが、これは、概してＤ７として示される電子部品ハウジングチャンバを中央プレート側に形成し、エンドプレートＤのファン側にヒートシンクフィンＤ２’、Ｄ３’’を形成することからなる。（図４Ｂに示されるように、電子部品ハウジングチャンバＤ７は、中央部分Ｄ１とエンドプレートＤ、Ｄ’の外周部分Ｄ３との間のくり抜かれた中間部分として形成される。）この設計は、電子部品構成要素Ｐ、ＥＭ（図２）を、エンドプレートＤの電子部品ハウジングチャンバＤ７内部に含むことを可能にし、また、ヒートシンクフィンＤ２’、Ｄ３’’による十分な冷却を提供する。電子部品ハウジングチャンバＤ７は、エンドプレートＤ、Ｄ’の一方の滑らかな中央プレート側に統合され、内径は、図４Ｂに示されるようにくり抜かれ、電力電子モジュール及び印刷回路基板のための空間を設置することを可能にする。ヒートシンクフィンＤ２’、Ｄ３’’は、モーターシャフトの中心又は中央部分Ｄ１から延在し、外側軸表面から外向きに、横断して延在する放射状の配置で、エンドプレートＤ、Ｄ’のファン側に形成される。ヒートシンクフィンＤ２’、Ｄ３’’は、「中央プレート」Ｅ、Ｅ’と呼ばれるベアリング支持プレートに構築したものと同じ基本パターンを共有する（図３及び図１３）。エンドプレートＤ、Ｄ’はまた、冷却ファンＦ（図１〜図２）に給電するために、シャフト／ローターＲが通過することを可能にするように、中央に空間も有する。エンドプレートＤ、Ｄ’の機能は、２つの部分からなり、すなわち、電子部品から放射する廃熱のためのヒートシンクとして作用すること、及び電子部品構成要素を適所に載置し、過酷な環境から保護することを可能にするように密閉されたエンクロージャとして作用することである。
【００９８】
エンドプレートＤ、Ｄ’は、伝導及び対流の両方を通して機能する。当業者が認識するように、及び上に記載したものに一致して、伝導は、互いに接触している固体間の熱の伝達であり、対流は、固体と流体と間の熱伝達である。伝導は、エンドプレートＤ、Ｄ’の内面に載置された電力モジュール、例えばＥＭに起因して生じる。電子部品印刷回路基板及び構成要素は、動作している間に廃熱を生じる。この熱は、エンドプレートのヒートシンク特性によって吸収される。次いで、全ての熱が、フィンＤ２’、Ｄ３’’及び冷却ファンＦを通した対流によって放出される。対流は、主に、ヒートシンクフィンＤ２’、Ｄ３’’と周囲空気との間に生じる。
【００９９】
熱伝導体として、この設計は、金属で構築されたときに最良に機能することができる。これは、それらのより高いレベル熱伝導率及び熱を吸収する能力に起因する。したがって、エンドプレートＤ、Ｄ’は、典型的に、アルミニウムのような金属で作製される。一例として、この材料は、その構造剛性、熱を伝導する能力が極めて良好であること、及び他の考慮事項を通じたコスト効果を理由に選択したが、本発明の範囲は、現在知られている、又は将来開発される他のタイプ又は種類の金属を含むことを意図する。
【０１００】
エンドプレートＤ、Ｄ’は、図１〜図２及び図５に示されるように、中央プレートＥ、Ｅ’と冷却ファンＦとの間に載置することができる。中央プレートＥ、Ｅ’とエンドプレートＤ、Ｄ’と間の熱的接触は、図２に示されるように、断熱材Ｇを通して制限される。これは、モーター及びベアリングに起因する廃熱から電子部品を遮蔽する。エンドプレートＤ、Ｄ’は、全体として、構成要素のエンクロージャとして作用し、また、それらを過酷な環境及び過剰な熱の両方から保護する。
【０１０１】
熱から電子部品を遮蔽することに加えて、この設計はまた、その熱を周囲空気に排出し、実行可能な動作温度を維持することも可能である。この機能は、ヒートシンクフィンＤ２’、Ｄ３’’及び冷却ファンＦの両方によって達成される。フィンＤ２’、Ｄ３’’は、エンドプレートＤ、Ｄ’の広大な表面積に沿って広がるので、それらは、電力モジュール及び空気チャンバからエンドプレートチャンバの外側へ熱を伝導する能力を有する。エンドプレートチャンバの外側に出ると、熱は、対流によって除去される。冷却ファンＦは、エンドプレートＤ、Ｄ’の金属（例えば、アルミニウム）製フィンの表面全体を通じて適切な気流を提供し、また、構成要素の温度をそれらの最大定格未満に維持することを支援する。
【０１０２】
ヒートシンクフィンＤ２’、Ｄ３’’は、冷却機構として作用する。この冷却機構は、接触している対象物から熱を伝導し、対流を通して熱を空気へ伝達する。適切に機能するために、ヒートシンクフィンＤ２’、Ｄ３’’は、周囲温度よりも熱くなるはずであり、効率的な熱伝達を確実にするように接触表面積を最大にしなければならない。エンドプレートＤ、Ｄ’に関して、それは、可変周波数駆動（ＶＦＤ）の電力モジュール及び空気チャンバの両方から発生する熱を吸収し、それを外側の周囲空気に伝達する。
【０１０３】
全体的に、エンドプレートＤ、Ｄ’の設計は、動作中に多数の機能を提供することを可能にする。第１には、全ての電子部品を含むための保護エンクロージャを提供する。第２には、構成要素の損失によって発生する熱を除去するためのヒートシンクとして作用し、それによって、構成要素を過剰な温度から保護する。エンドプレートＤ、Ｄ’の独特な幾何学的形状は、これらの構成要素を、普通は危険な領域と評価される標準的な電気モーターと同じエンベロープに配置することを可能にする。最後に、ヒートシンクフィンＤ２’、Ｄ３’’及び冷却ファンＦは、エンドプレートＤ、Ｄ’の全体にわたる熱の分配を取り扱う際に支援する。全てのこれらの特徴によって、エンドプレートＤ、Ｄ’は、電子部品が、動作中にスムーズに動くことを可能にし、また、それらの温度を最大定格未満に維持することを可能にする。
【０１０４】
利点：
本発明の利点としは、以下を挙げることができる。
外部ヒートシンクフィンＤ２’、Ｄ３’’を介して、エンドプレートＤ、Ｄ’が、電力モジュールの熱のための熱伝導経路を提供する。
【０１０５】
電子的な可変速度駆動装置を、現在の電気モーターＭのフットプリント内に含むことを可能にする。
【０１０６】
コンパクトなサイズのため、電力電子部品を、腐食剤又は湿気を含む危険な場所に設置することを可能にする
【０１０７】
現在生成されるよりも高い電力レベルでの、埋め込み型電子モーター駆動装置の製造を可能にする
【０１０８】
電力電子部品は、モーターエンドプレートＤ、Ｄ’内に収容され、また、中央プレートＥ、Ｅ’の間に密閉される。
【０１０９】
エンドプレートＤ、Ｄ’の設計は、モーターからの簡単な取り外し、並びに電力及び通信接続の容易な接続解除を可能にする。
【０１１０】
エンドプレート／中央プレートの組み合わせ設計は、ＩＰ６６保護を有するものとする。通過する全てのワイヤ／ケーブルが密閉され、中央プレートＥからモーターＭ、エンドプレートＤ、Ｄ’から中央プレートＥ、Ｅ’、エンドプレート電力電子部品における静的シールが外径（ＯＤ）及び内径（ＩＤ）において密閉される。シャフト／中央プレートにおける動的密閉。
【０１１１】
図５Ａ〜５Ｄ
図５Ａ及び５Ｂは、その上に配設された主端子ボックスＴＢを有するモーターアセンブリ１０を示し、これは、示されるように、モーター、モーター駆動装置、駆動装置インターフェース、及び外部電力ワイヤ、並びにその中に配設された電力インダクタＰＩを有する端子ボックスハウジングのための密閉された接合点を提供する。主端子ボックスＴＢは、端子ボックスカバーＴＢＣと、端子ボックスガスケットＴＢＧと、端子ボックスカバーを端子ボックスハウジングＴＢＨに固定するための端子ボックスネジと、を含む。
【０１１２】
図５Ｃは、モーターアセンブリを分解図で示し、エンドプレート（Ｄ）のモーターフレーム（ＭＦ）への電気的及び機械的接続の簡潔さを例示する。図５Ｃはまた、エンドプレート（Ｄ）が、図５Ｄに示されるように、完成した自己内蔵型駆動モジュールであることも示し、これは、古いエンドプレートが壊れた場合に、適切な環境におけるサービスに対する移植性、又は新しいエンドプレート（Ｄ）駆動モジュールへの素早い交換を提供し、これは、モーターアセンブリ技術に独特である、モーターアセンブリ設計全体の「プラグアンドプレイ」スタイルを提供する。一例として、図５Ｃは、（例えば、具体的に示されるものよりも多い又はより少ないワイヤとすることができる）端子ボックスコネクタワイヤＣＷ、コネクタカバーＣＣ、コネクタハードウェアＣＨ、塵埃シールＤＳ、及びエンドプレート載置ハードウェアＭＨを示す。
【０１１３】
図５Ｄは、自己内蔵型駆動モジュールアセンブリを示し、例えば、エンドプレートＤと、端子ボックスＴＢと、ワイヤチャネルＷＣと、コネクタカバーＣＣと、コネクタカバーハードウェアＣＣＨと、電子部品モジュールＥＭ（図７及び１０Ｂも参照されたい）と、エンドプレートカバーガスケット／断熱材ＧＩと、エンドプレートカバーＥＣと、エンドプレートカバーハードウェアＥＣＨと、を含む。
【０１１４】
要約すれば、図５Ｃ及び５Ｄに示されるものと一致して、エンドプレートＤを分解するための過程は、以下のとおりである。
１）シュラウドハードウェア（図示せず）及びシュラウドＳ（図５Ｃ）を取り外す、
２）ファン止めねじ／ハードウェア（図示せず）及びファンＦ（図５Ｃ）を取り外す、
３）コネクタカバーハードウェアＣＣＨ及びコネクタカバーＣＣを取り外す、
４）端子ボックスコネクタワイヤＴＢＣＷからエンドプレートコネクタ（図示せず）を接続解除する、
５）エンドプレート載置ハードウェアＥＣＨ及び自己内蔵型駆動エンドプレート（Ｄ）モジュールＥＭを取り外す。
【０１１５】
自己内蔵型駆動エンドプレート（Ｄ）モジュールＥＭを交換することができ、エンドプレートＤは、同じ工程を使用して再度組み立てることができる。
【０１１６】
図６〜図１０Ｂ：電力プレーンＰ
いくつかの実施形態によれば、本明細書に開示される本発明は、例えばポンプ又は回転デバイスを駆動するためにモーターアセンブリを動作させるための、例えば電力及び制御機能を提供するように構成された電力プレーンＰを有する、又はその形態の、システム又は装置からなることができる。電力プレーンＰは、以下のように、複数の高度に設計された要素を特徴とする：
一例として、電力プレーンＰは、空間エンベロープＳＥ（図５Ｄ及び９Ｂ）の内側に載置される円形の幾何学的形状を有することができ、当該空間エンベロープは、内側ハブ部分Ｄ１と、エンドプレートＤ、Ｄ’の空間エンベロープＳＥ（別名、電子部品ハウジングチャンバＤ７（図４Ｂ、図５Ｄ、及び図１４Ｂを参照されたい））の周りに円周方向に延在する外周部分Ｄ３との間でエンドプレートＤ、Ｄ’（例えば、図１、図４、図９、図１１、図１４を参照されたい）に形成された類似する円形の幾何学的形状を有する。電力プレーンＰは、例えば、電力層、制御層及び熱障壁、並びに印刷回路基板層Ｐ（１）を有する、多層回路基板又はアセンブリとすることができる。電力層は、例えばポンプ又は回転デバイスの、モーターＭに電力を提供するための、円形の電力モジュールＰ／ＣＭ（例えば、図１７Ｃを参照されたい）のようなより高い温度の電力モジュールを含む。制御層は、モーターＭに提供される電力を制御するための、電力品質フィルタコンデンサＩＦＣ（例えば、図１７Ｃを参照されたい）のようなより低い温度の制御電子部品モジュールを含む。図１０Ｂの熱障壁及び中で印刷回路基板層Ｐ（１）は、電力層と制御層との間に構成され、また、電力プレーンの電力モジュールと制御層の制御電子部品モジュールとの間の電気的接続経路を提供し、更に、電力層と制御層と間の断熱を提供する。
【０１１７】
一例として、電力プレーンＰは、少なくとも、
１）要素Ｐ／ＣＭのような電力モジュール（例えば、図１０Ｂ及び図１７Ｃを参照されたい）、及び要素ＩＦＣのような制御電子部品モジュール（例えば、図１０Ｂ及び図１７Ｃを参照されたい）を、図１０Ｂに示される要素Ｐ（１）などの熱障壁の両側に載置することを可能にすること、
２）要素Ｐ／ＣＭのような電力モジュール及び要素ＩＦＣのような制御電子部品モジュールを共に相互接続するための、並びに入力／出力電力接続部（ピーク支持ＰＳ（２）に関して、入力位相接続部に関して、及び接続部を有する入力位相ワイヤに関して図１８Ａを参照されたい）、及び要素Ｐ／ＣＭ（例えば、図１７Ｃを参照されたい）のような電力モジュール、及び要素ＩＦＣ（例えば、図１７Ｃを参照されたい）のような制御電子部品モジュールを相互接続するための電気的接続経路（例えば、図７及び図１８Ｂの接続部Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、及びゲートドライバ又は層接続部ＧＤＣを参照されたい）を提供すること、並びに
３）要素Ｐ／ＣＭ（例えば、図１７Ｃを参照されたい）のような電力モジュール、要素ＩＦＣ（例えば、図１７Ｃを参照されたい）のような制御電子部品モジュール、及びモーターＭのシャフト又はローターＲのうちの１つ以上から、例えば図９Ａ及び９Ｂに示されるものと一致する、より高い空気流がある電力プレーンの外径へ放射される熱を断熱及び／又は方向付けること、を行うように構成することができる。
【０１１８】
電力プレーンＰは、電力層及び制御層を載置するための最大の空間を提供するためにエンドプレートＤ、Ｄ’の空間エンベロープＳＥに適合するように、及びシャフト又はローターＲが通過して冷却ファンＦ（図１及び図１１を参照されたい）に給電することを可能にするように、図１０Ｂの要素Ｐ（１）のようなドーナツ形の電力プレーン印刷回路基板又はアセンブリとして構成することができる。
【０１１９】
電力層は、例えば要素Ｐ／ＣＭ（図１７Ｃ）のような、より高い温度の電力モジュールの配置によって構成することができる。制御層は、より低い温度の制御電子部品構成要素、及び例えば要素ＩＦＣ（図７及び図１７Ｃ）のような電力品質フィルタ構成要素の配置で構成することができる。熱障壁及び印刷回路基板層Ｐ（１）は、電力層をもう一方の側に載置するために、構造的な厚さ及び強度を有する材料から構成することができる。ガラス繊維材料は、電力層と制御層との間の熱の伝達を低減させるための断熱を提供するように構成される。
【０１２０】
電力層及び制御層は、例えば図１０Ｂ及び図１８Ｂに示されるように、１つ以上の制御カード、クランプコンデンサ、ゲートドライバ電源、その他を含む、例えば本発明に開示されるものと一致して、本発明の趣旨の範囲内で、他のモジュール又は構成要素を含むことができることを理解されたい。
【０１２１】
動作理論：
実際には、電力プレーンＰ（図１及び図１１を参照されたい）は、エンドプレートＤ、Ｄ’（図１及び１７Ｂ）の空間エンベロープＳＥ（例えば、図１７Ｂを参照されたい）の内側に載置される構成要素である。この構成要素は、同じ円形の幾何学的形状を共有し、これは、シャフト又はローターＲが通過して、冷却ファンＦ（図１及び図１１）に給電することを可能にする。一例として、円形の幾何学的形状は、例えば本明細書に開示されるものと一致する、ドーナツ形又は円盤状の形態をとることができ、又はそれを特徴とすることができる。これはまた、その構成要素の製造及び設置を容易にすることも可能にする。電力プレーンＰは、例えば図６〜図１０Ｂに関して示され、説明される、複数の要素から成る。要素は、例えば本明細書に開示されるものと一致する、マトリックスコンバータ電力モジュールと、マトリックスコンバータ制御電子部品と、電力品質フィルタコンデンサと、印刷回路基板と、を含むことができる。電力プレーンＰの機能は、３つの部分からなる：
（１）電力モジュール及び制御電子部品構成要素を載置することを可能にする斬新な幾何学的形状を提供すること、
（２）電力モジュール及びその上に載置される制御電子部品構成要素を含む、全てのモジュール及び構成要素のための電気接続経路を提供すること、並びに
（３）全ての電子部品電力モジュール、制御電子部品、及びモーターシャフトＲ（図１及び図１１）から放射される熱を断熱する／方向付けること。
【０１２２】
マトリックスコンバータは、例えば図６に示されるように表される、電力プレーンＰ上に構成される主システムであり、当該図は、例えば所要の電力機能（図６Ａ）を実施するためのＩＧＢＴ技術を使用する、双方向スイッチの図を示す図６Ａ、更に、所要の電力機能を実施するための双方向スイッチ電力モジュールの一実施例の写真を示す図６Ｂを含む。（当業者が認識するように、断熱ゲートバイポーラートランジスタ（ＩＧＢＴ）は、それが開発されたときには主に電子スイッチとして使用され、高効率及び高速スイッチングを組み合わせるようになった、三端子電力半導体デバイスである。例えば、Ｉｎｆｉｎｅｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ＡＧは、そのようなＩＧＢＴ技術を使用して種々の製品を流通させた。）図６Ａに示されるこの回路を有する目的は、マトリックスコンバータが、固定電圧及び周波数のＡＣ入力を所望のＡＣ出力波形に変換することを可能にすることである。従来、先行技術において、入力ＡＣ電力は、ＡＣ出力に合成する前に、ＤＣ波形に変換しなければならなかった。本発明のいくつかの実施形態によれば、マトリックスコンバータは、より少ない工程及びより少ない構成要素でこの過程を実行するように構成することができる。電子モジュールの中で、電力品質フィルタＩＦＣを突出した構成要素（図７を参照されたい）として構成することができる。そのような一事例において、その機能は、例えば図８に示されるものと一致して、電気的ノイズ及び高調波歪みのレベルを低減させることである。本発明によるいくつかの実施形態において、この電力品質フィルタ構成要素は、好ましくは、できる限りマトリックスコンバータに近付くように、要素Ｐ（１）などの印刷回路基板上へ直接取り付けることができる。これは、マトリックスコンバータ電子部品から放射される歪みの量を低減させるためのその能力を大幅に向上させる。電力プレーンＰの全体的な幾何学的形状及びサイズは、電力モジュール及び制御電子部品の製造及び取り付けを容易にすることを可能にする。
【０１２３】
図１及び図１１に示される全体的なモーターアセンブリのこの電力プレーン部分において、熱は、少なくとも２つの供給源、すなわち、電力半導体モジュール及びシャフト又はローターＲ（図１及び図１１）から放射される。本明細書に記載されるものと一致して、電力半導体モジュールは、図１７Ｃに示される円形の電力モジュール配置又は図１８Ａに示される電力モジュールレイアウト、図１０Ｂの電力モジュール及びクランプモジュールレイアウト又は図１０Ｂの電力／クランピングモジュールのレイアウト、のうちの１つ以上を含むことができる。中央プレートＥ、Ｅ’（例えば、図１、図２Ａ、２ｂ、及び図３、図１１、図１２Ａ、図１２Ｂ、図１３を参照されたい）は、上で説明したように、電子部品を保護する断熱層と共に構成することができるが、それでも、シャフト又はローターＲからの残留熱が存在する可能性がある。これは、ファン側とモーターアセンブリ（図１及び図１１）の中央プレート部分のとの温度差に起因する。また、電力プレーンＰの半導体が、動作中に、必然的に熱を発生させることも理解されたい。課題は、電子部品を適切に、例えば電子部品の故障点未満で、動作させるように動作温度を維持することである。
【０１２４】
したがって、断熱及び熱の放散は、電力プレーンＰが行わなければならない２つの機能である。以前の関連する断熱は、本明細書に開示される多層回路基板の実現形態を通して達成される。多層回路基板は、一例として、ガラス繊維などの積層材料で構築することができ、その厚さ及び強度を増加させる。ガラス繊維は、断熱用途に使用されている強固かつ軽量な材料であることが知られ、そう理解されている。これは、電力プレーンＰが、より熱い電力モジュール、電力品質コンデンサ、及び制御電子部品の間の熱障壁として作用することを可能にする。
【０１２５】
後者の場合、熱は、エンドプレートＤ、Ｄ’に位置付けられたヒートシンクフィンＤ２’及び／又はＤ３’’（図４及び図１４）を通して放散される。ヒートシンクフィンＤ２’及び／又はＤ３’’は、空冷式であり、また、冷却機構として作用する。それらは、伝導及び対流の熱伝達の２つの形態を通して動作するが、伝導は、互いに接触している固体間の熱の伝達として理解され、一方で、対流は、固体と流体と間の熱伝達として理解される。最初に、熱伝達が印刷回路基板と半導体との間に発生する。次いで、エンドプレートＤ、Ｄ’、そして、ヒートシンクフィンＤ２’及び／又はＤ３’’の中へ進行する。最後に、対流が熱フィンＤ３’’と例えばモーターアセンブリ１０（図１）全体を取り囲む周囲空気との間で生じ、熱を分散させる。適切に機能するために、フィンＤ３’’は、熱を吸収するためにより冷たくなければならず、十分な温度まで上昇させて、その熱を周囲空気に拡散させなければならない。電力プレーンＰはまた、類似する幾何学的形状をエンドプレートＤの中間部分Ｄ２と共有するので、熱は、表面に沿って一様に分配される。
【０１２６】
この多目的電力プレーンＰの全体的な構成は、技術水準に対する重要な貢献をもたらす。エンドプレートＤ、Ｄ’からの空間エンベロープＳＥ（図４Ｂ、図５Ｄ、図１７Ｂ）は、全体的な電力プレーンＰのための空間を割り当て、また、電力モジュール及び制御電子部品を支持することを可能にする。加えて、電力プレーンＰは、エンドプレートＤからヒートシンクフィンＤ２’及び／又はＤ３’’へのアクセスを有し、電子部品を動作可能な温度に冷却することを可能にする。ガラス繊維製の回路基板構造の層又は要素Ｐ（１）は、優れた断熱材として作用し、より熱い電力半導体を、敏感な制御電子部品及び電力品質コンデンサから分離する。これらの組み合わせた構成要素は、電力プレーンＰが、動作条件を容易にすること、及び制御電子部品の温度を最大温度よりも十分に低く維持することを可能にする。
【０１２７】
利点
この電力プレーン実施形態の利点としては、以下のうちの１つ以上を挙げることができる。
印刷回路基板層Ｐ（１）を、より冷たい制御電子部品に対するより熱い電力モジュールと、電力品質コンデンサ領域との間の熱障壁として作用するように構成することができる。
【０１２８】
全体的な電力プレーンの実現形態は、例えば図９に最良に表されるように、より高い空気流があり、かつ制御回路から離れる外径に、熱を方向付けるように構成することができる。
【０１２９】
全体的なプリント回路基板アセンブリは、例えば図８のグラフに示されるものと一致して、電力品質コンデンサと電力半導体モジュールとの間の低いインダクタンス及び抵抗入力を提供し、それによって、スイッチング応力及び電磁干渉を低減させる。
【０１３０】
全体的な電力プレーンの実現形態は、電力プレーンＰに統合される独特なコンパクトな電力品質フィルタの配置で構成することができる。
【０１３１】
全体的な電力プレーンの実現形態は、最小の高調波歪みを生じる内蔵型電力品質フィルタと共に構成することができ、また、可変周波数電子部品を大部分の電力品質異常から保護する。
【０１３２】
全体的な電力プレーンの実現形態は、最大の空間利用を提供するモーターエンドプレートＤの空間エンベロープＳＥに適合するように、独特なドーナツ形の、例えば要素Ｐ（１）のように成形された、電力プレーンプリント回路基板（ＰＣＢ）と共に、又はそれとして構成することができ、構造及び製造を単純化する。（一例として、図１及び図１１に示されるもの、並びに図７、図１６、及び図１８Ｂに示されるものを参照されたい）
【０１３３】
ドーナツ形は、モーターのシャフト又はローターＲ（図１及び図１１）が通過して、冷却ファンＦに給電することを可能にする。
【０１３４】
全体的な電力プレーンの実現形態は、例えば図１８Ｂに示されるように、組み立てを容易にし、かつサイズをコンパクトにするために、電力及び制御モジュールの両方、回路、又は構成要素を１つの統合されたプリント回路基板アセンブリに結合する。
【０１３５】
全体的な電力プレーンの実現形態は、例えば必要とされるワイヤ及びコネクタが制限される場合に、入力／出力電力、電流センサ、ゲートドライバＧＤＰＳ、クランプ制御回路ＣＣ、電力／クランプ半導体モジュール、電力品質コンデンサＩＦＣのための相互接続を提供し、したがって、ロバストで信頼性の高い動作を可能にする。
【０１３６】
全体的な電力プレーンの実現形態は、市場において、及び電気モーターの空間エンベロープにおいて、現在生じているよりも高い電力レベルでの、埋め込み型電子モーター駆動の製造を可能にする。
【０１３７】
モーターフレーム又はケーシングＭＦ（図５Ａ及び図１５）は、電力プレーンＰ及びマトリックスコンバータ構成のコンパクトなサイズ及び熱的に最適化された動作を可能にするために、ヒートシンクとして効果的に利用される。
【０１３８】
本発明の範囲
本明細書に別途提示されない限り、本明細書の特定の実施形態に関して説明される特徴、特性、代替物、又は修正物のうちのいずれかはまた、本明細書で説明される任意の他の実施形態と共に適用すること、使用すること、又は組み込むことができることを理解されたい。本明細書の図面は、一定の縮尺で描画されていない。
【０１３９】
本発明は、その例示的な実施形態に関して説明され、例示されているが、前述の、及び種々の他の追加及び省略を、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本明細書において、及び本明細書に対して行うことができる。
【図１】
2019509711.tif 000003
【図２Ａ】
2019509711.tif 000004
【図２Ｂ】
2019509711.tif 000005
【図３】
2019509711.tif 000006
【図４Ａ】
2019509711.tif 000007
【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
2019509711.tif 000009
【図５Ｂ】
2019509711.tif 000010
【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
2019509711.tif 000013
【図７】
2019509711.tif 000014
【図８】
2019509711.tif 000015
【図９】
2019509711.tif 000016
【図１０Ａ】
2019509711.tif 000017
【図１０Ｂ】
2019509711.tif 000018
【図１１】
2019509711.tif 000019
【図１２Ａ】
2019509711.tif 000020
【図１２Ｂ】
2019509711.tif 000021
【図１３Ａ（１）】
2019509711.tif 000022
【図１３Ａ（２）】
2019509711.tif 000023
【図１３Ｂ】
2019509711.tif 000024
【図１４】
2019509711.tif 000025
【図１５】
2019509711.tif 000026
【図１６】
2019509711.tif 000027
【図１７】
2019509711.tif 000028
【図１７Ｃ】
2019509711.tif 000029
【図１８Ａ】
2019509711.tif 000030
【図１８Ｂ】
2019509711.tif 000031
【国際調査報告】
2019509711.tif 000032
2019509711.tif 000033
2019509711.tif 000034